Vpliv razpršenih virov na distribucijsko omrežje

Univerza v Ljubljani

Fakulteta za elektrotehniko

Vpliv razpršenih virov na distribucijsko omrežje

Seminarska naloga pri predmetu

Razdelilna in industrijska omrežja

Izdelala: AMELA SIJARIĆ dipl. inž. el. (UN)

Mentor: izr.prof.dr. Grega Bizjak, univ.dipl.inž.el.

Študijsko leto 2015/16

Povzetek: V seminarski nalogi je opisan vpliv razpršenih virov na distribucijsko omrežje,

tako pozitivni in negativni.

Ključne besede: Razpršeni viri, distribucijsko omrežje, napetost, kakovost

Kazalo

1. Uvod ................................................................................................................................... 1

2. Razpršeni viri električne energije ....................................................................................... 2

3. Primerjava klasičnega EES in EES s prisotnimi RV .......................................................... 3

4. Vpliv RV na distribucijsko omrežje ................................................................................... 4

4.1 Zanesljivost sistema ..................................................................................................... 5

4.2 Zmanjšanje koničnih potreb po energiji in zagotavljanje sistemskih storitev ............. 5

4.2.1 Jalova moč .............................................................................................................. 6

4.3 Izboljšanje kvalitete električne energije ...................................................................... 7

4.3.1 Nihanje napetosti, spremembe v napetostnem profilu ........................................... 8

4.3.2 Višji harmoniki ....................................................................................................... 9

4.3.3 Flikerji .................................................................................................................... 9

4.4 Vpliv RV na izgube pri pretakanju energije .............................................................. 10

4.5 Vpliv RV na zaščito ................................................................................................... 10

4.5.1 Sprememba kratkostične moči.............................................................................. 11

4.5.2 Nepotrebno delovanje zaščite ............................................................................... 11

4.5.3 Izostalo delovanje zaščite ..................................................................................... 12

4.6 Otočno obratovanje .................................................................................................... 13

4.6.1 Pasivna zaščita pred prehodom na otočno obratovanje ........................................ 14

4.6.2 Aktivna zaščita pred prehodom na otočno obratovanje ....................................... 14

5. Stabilnost proizvodnje električne energije ....................................................................... 15

6. Vključevanje RV v distribucijsko omrežje ....................................................................... 17

7. Zaključki ........................................................................................................................... 18

8. Viri .................................................................................................................................... 19

9. Priloga: Vprašanja in naloga............................................................................................. 20

Kazalo slik

Slika 1: Levo: Klasični EES, Desno: EES s prisotnimi RV (DG - distributed generation) [1] .. 3

Slika 2: EES [3] .......................................................................................................................... 4

Slika 3: Tedenski diagram porabe električne energije [Vir: Predavanja NIVEES, Pantoš, UL] 6

Slika 4: Višanje prenosa na vodih in večanje izgub jalove moči [3] .......................................... 7

Slika 5: Napetostni profil radialnega voda z RV [2] .................................................................. 8

Slika 6: Omrežje z RV [2] .......................................................................................................... 9

Slika 7: Del omrežja z RV in kratkim stikom [10] ................................................................... 12

Slika 8: Normalno obratovanje [10] ......................................................................................... 13

Slika 9: Otočno obratovanje [10] ............................................................................................. 13

Slika 10: Zamašitev v prenosnem sistemu [Vir: APG] ............................................................ 15

Slika 11: Spremenljivost proizvodnje sončne elektrarne [Vir: Borzen] ................................... 16

Slika 12:Omrežje z RV [2] ....................................................................................................... 21

Slika 13: kazalčni diagram napetosti [2] .................................................................................. 21

Seznam uporabljenih kratic

EES Elektroenergetski sistem

NN Nizkonapetostno

RV Razpršeni viri

SE Sončne elektrarne

SN Srednjenapetostno

VE Vetrne elektrarne

VN Visokonapetostno

Razdelilna in industrijska omrežja Sijarić Amela

1

1. Uvod

Uporaba razpršenih virov in njihovo vključevanje je vse pogostejše, ravno zaradi možnosti

izboljšanja zanesljivosti elektroenergetskega sistema, nizkih stroškov prenosa električne

energije do porabnika ter v nekaterih primerih nizkih oziroma ničnih stroškov za gorivo.

Kljub temu pa to prinaša spremembe in nadgradnje elektroenergetskega sistema, saj le-to ni

prilagojeno za množično vključevanje razpršenih virov, tako zaradi drugačnega načina

vključevanja, kot tudi zaradi njihove karakteristike. Dokler elektroenergetski sistem ni v celoti

prilagojen vključevanju razpršenih virov, ima le to lahko tudi negativne posledice. V

seminarski nalogi sledi predstavitev vplivov razpršenih virov na distribucijsko omrežje, tako

negativnih kot pozitivnih.


2

2. Razpršeni viri električne energije

Razpršeni viri (RV) so viri manjših moči, ki proizvajajo električno energijo v bližini

porabnikov in so krajevno razpršeni. Povezani so v srednjenapetostno (SN) ali

nizkonapetostno (NN) distribucijsko omrežje [1]

Delež RV proizvodnje električne energije, med katere sodijo vetrne elektrarne, sončne

elektrarne, mikroturbine, gorivne celice ter drugi alternativni viri, se v elektroenergetskem

sistemu (EES) vsako leto povečuje. Dokler je ta delež majhen, so ti viri lahko pasivni v smislu

zagotavljanja sistemskih storitev, vendar bo z leti vedno večji delež RV vedno bolj vplival na

zanesljivost obratovanja EES. Glede na primarni vir energije delimo RV na tiste, ki

uporabljajo obnovljive vire (vetrne in sončne elektrarne), fosilna goriva (mikroturbine) in

tiste, ki uporabljajo alternativne energetske vire (gorivne celice na vodik). Kot alternativa

fosilnim gorivom se lahko uporabljajo biogoriva, predvsem bioplin v mikroturbinah in

gorivnih celicah, zato pogosto RV mečemo v isti koš z obnovljivimi viri energije. Poleg

nizkoogljičnosti RV je ena od prednosti manjša obremenitev prenosnega sistema, saj se

električna energija proizvedena z RV večinoma porabi lokalno. [4]

Zaradi bližine porabnikov se ponuja vrsta pozitivnih učinkov, kot npr. možnost soproizvodnje

toplote in elektrike v mikroturbinah in gorivnih celicah, kar precej izboljša izkoristek

primarnega vira. Med slabosti RV štejemo predvsem nestanovitnost virov energije pri vetrnih

in sončnih elektrarnah, kar vpliva na slabo regulacijo izhodne moči, ter pomanjkanje

rotirajočih mas v sistemu pri uporabi električnih pretvornikov. Frekvenčna stabilnost EES je

dandanes tako visoka prav zaradi dejstva, da vsak sinhronski generator prispeva rotirajočo

rezervo sistemu, po drugi strani pa večina teh generatorjev še dodatno prispeva k regulaciji

frekvence, bodisi s sodelovanjem v primarni, sekundarni ali terciarni regulaciji. Vključitev

večjega števila takih enot zahteva drugačen pristop k vodenju električnega omrežja. [4]


3

3. Primerjava klasičnega EES in EES s prisotnimi RV

Elektroenergetski sistem je sestavljen iz proizvodnih enot (Elektrarn), visokonapetostnega

(VN) prenosnega omrežja, razdelilnih transformatorskih postaj, SN in NN distribucijskega

omrežja ter končnih porabnikov.

Pri klasičnem EES, ki je zanesljivo deloval več kot 100 let, so proizvodni viri prisotni v

manjšem številu in priključeni na VN omrežje. Električna energija se prenaša prek

distribucijskega omrežja do končnih uporabnikov (Slika 1 levo). Zaradi naraščanja porabe

električni energije, starajoče se infrastrukture, čedalje večjega števila RV energije in drugih

elementov (električna vozila, hranilniki energije,...), ki se priključujejo v distribucijsko

omrežje, se klasični EES srečuje s številnimi spremembami, ki bodo oziroma že spreminjajo

ustaljene načine obratovanja, vzdrževanja in konfiguracijo EES. [2]

Slika 1: Levo: Klasični EES, Desno: EES s prisotnimi RV (DG - distributed generation) [1]

Z vključevanjem RV v EES (Slika 1 desno) je bistvena razlika v tem, da je pretok energije

možen v obe smeri. Za kar je potrebno prilagoditi elemente sistema in zaščito, ki so bili do

sedaj pripravljeni le za enosmeren pretok energije. [1]


4

4. Vpliv RV na distribucijsko omrežje

Vključevanje RV, s svojimi karakteristikami, vpliva na delovanje klasičnega EES, kar nosi za

posledico ravno spreminjanje in nadgrajevanje EES. Kakšen vpliv bodo imeli RV na EES je

odvisno od njihove inštalirane moči, tipa RV, tipa pretvornika,... Ob pravilnem vključevanju

RV imajo te kar nekaj pozitivnih vplivov na distribucijsko omrežje:

- Povečanje sistemske zanesljivost,

- zmanjšanje koničnih potreb po energiji,

- zagotavljanje sistemskih storitev, vključno z jalovo močjo,

- izboljšanje kvalitete električne energije,

- zmanjšanje občutljivosti sistema na zunanje vplive,

- ...

Slika 2: EES [3]


5

4.1 Zanesljivost sistema

Frekvenčna in napetostna stabilnost sta nujni za zanesljivo delovanje EES. Njegova primarna

naloga je je zanesljiva oskrba odjemalcev z električno energijo v vsakem trenutku. RV imajo

možnost izboljšanja zanesljivosti EES, kot naprimer:

- Proizvodnja električne energije v primeru izpada EES, kar pomeni da se RV lahko

vklopijo po potrebi, torej uporaba RV za podporo lokalne ravni napetosti in

preprečitev izpada

- soproizvodnja toplote in moči,

- proizvodnja energije blizu porabnika, kar pomeni da ne potrebujemo dolgih vodov,

- ...

Porazdeljeno omrežje manjših virov zagotavlja večjo stopnjo ustreznosti, za razliko od

velikega centraliziranega sistema, saj zmanjšuje tako obseg kot trajanje napak. Neuspeh

velikega vira, bo zmanjšal razpoložljivost sistema v večji meri.

Kljub povečanju zanesljivosti je vključevanje RV omejeno na določene lokacije in določene

pogoje, saj lahko v nasprotnem povzročijo težave, ki so odvisne od moči, lokacije vključitve,

karakteristike, nihanja proizvodnje (sonce, veter, ...) RV.[3]

4.2 Zmanjšanje koničnih potreb po energiji in zagotavljanje sistemskih

storitev

Večina proizvodnje iz RV nima problemov z dolgim zagonom ob izključitvi, kot naprimer

termoelektrarne. V tem primeru jih lahko vkljapljamo in izklapljamo po potrebi in tako zopet

zagotovimo zanesljivost ter stabilnost sistema. Proizvodnja RV lahko deluje na odziv – vklop

ali izklop po potrebi in tako dobi plačilo s strani distribucije, saj pomaga pri regulaciji in

uravnavanju enakosti med proizvodnjo ter porabo električne energije v sistemu. V primeru, da

sodeluje pri regulaciji, mora biti RV pripravljen na kakršnokoli pomoč pri zagotavljanju

proizvodnje električne energije v zahtevanem trenutku. Nekatere mikroturbine so lahko

zagnane v sekundi. Če bi jih sestavili v več blokov po 1 MW ali več, bi bile odlične za

rotirajočo rezervo. RV lahko sodelujejo tudi pri hladni rezervi, kot nekatere konvencionalne


6

elektrarne, ki imajo daljši čas zagona. Zagotavljanje ter storitev s strani RV ni prav pogosto,

saj je velikokrat potrebna zelo velika moč in pa RV se mora nahajati na pravi lokaciji. [3]

RV lahko sodelujejo tudi pri podpori napetosti, kar se nanaša na pomožne storitve za

zagotavljanje napetosti na določeni vrednosti. Ta je močno odvisna od faktorja moči, kateri se

lahko spreminja oz. prilagaja z jalovo močjo. To pa pridobimo iz različnih virov: električni

generatorji, pretvorniška elektronika, kondenzatorji, kompenzatorji in pa tudi z vodi, ki so pod

večjo obremenitvijo. [3]

Slika 3: Tedenski diagram porabe električne energije [Vir: Predavanja NIVEES, Pantoš, UL]

4.2.1 Jalova moč

Glede na velikost delovne moči imajo razpršeni viri določeno karakteristiko jalove moči.

Generatorji morajo obratovati v skladu z zahtevami. V kolikor je generator zmožen

proizvajati jalovo moč, se ga za to tudi uporabi, saj povprečen odjemalec ne porablja le čiste

delovne energije, ampak tudi določen delež jalove. Hkrati se morajo RV z jalovo močjo


7

odzivati na spremembe napetosti. Na tak način se doseže boljše napetostne razmere,

razbremeni vode in zmanjša izgube, saj se jalova energija proizvaja lokalno.

Slika 4: Višanje prenosa na vodih in večanje izgub jalove moči [3]

Na sliki 2 vidimo, da vod proizvaja nekaj jalove moči, v primeru nizkega prenosa moči. Ko pa

je ta zelo obremenjen in so prenosi moči veliki, so tudi izgube jalove moči velike. [3]

4.3 Izboljšanje kvalitete električne energije

Kot že rečeno je zanesljivost EES zelo pomembna, nujna pa je tudi kakovost dobavljene

električne energije do porabnika, saj so nekateri porabniki zelo občutljivi na motnje, nihanja

in odstopanja napetosti. Kar pomeni, da lahko že majhna napaka in izguba kakovosti

dobavljene energije privede do velikih stroškov. V tem primeru imajo lahko nekatera podjetja

v bližini RV, ki jim zagotovijo kakovost električne energije, zlasti v kombinaciji s

shranjevalniki. [3]

RV pa nam lahko tudi povzročijo težave pri zagotavljanju kakovostne električne energije, kot

so nihanja napetosti, višji harmoniki in flikerji.


8

4.3.1 Nihanje napetosti, spremembe v napetostnem profilu

Slika 5: Napetostni profil radialnega voda z RV [2]

Slika 2 prikazuje napetostni profil radialnega voda ob prisotnosti razpršenega vira (G). Ta

nam ob delovanju dviguje napetost ter zmanjšuje izgube v omrežju. Ko pa ne deluje,

napetostne razmere določata breme in regulacijski transformator. Težave lahko nastopijo, ko

je obremenitev majhna in RV deluje in ko je obremenitev velika in RV ne deluje. V teh

obratovalnih stanjih se lahko zgodi, da regulacijski transformator ne more vzdrževati

napetosti znotraj predpisanih meja. [2]

Možnosti za vzdrževanje napetosti znotraj predpisanih meja so naslednje:

- primarna regulacija napetosti v razdelilnih postajah z regulacijskimi transformatorji,

- ojačitev omrežja,

- upravljanje z jalovo močjo RV,

- upravljanje z delovno močjo RV,

- vgradnja napetostnih regulatorjev in

- uporaba kompenzatorjev.

Zaradi spremembe pretoka energije ob priključenem RV, postane napetost odvisna od bremen

in impedance omrežja kot tudi od RV, kar posledično vpliva na spremembo padcev napetosti.


9

Slika 6: Omrežje z RV [2]

- 𝑈S N𝑎𝑝𝑒𝑡𝑜𝑠𝑡 𝑛𝑎 𝑧𝑏𝑖𝑟𝑎𝑙𝑘𝑜ℎ 𝑅𝑇𝑃−𝑗𝑎

- 𝑈R N𝑎𝑝𝑒𝑡𝑜𝑠𝑡 𝑣 𝑝𝑟𝑖𝑘𝑙𝑗𝑢č𝑛𝑖 𝑡𝑜č𝑘𝑖 𝑟𝑎𝑧𝑝𝑟š𝑒𝑛𝑒𝑔𝑎 𝑣𝑖𝑟𝑎

- 𝐼v T𝑜𝑘 𝑣𝑜𝑑𝑎

- 𝑋v, 𝑅v R𝑒𝑎𝑘𝑡𝑎𝑛𝑐𝑎,𝑟𝑒𝑧𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑎 𝑣𝑜𝑑𝑎

- 𝑃S, 𝑄S D𝑒𝑙𝑜𝑣𝑛𝑎 𝑖𝑛 𝑗𝑎𝑙𝑜𝑣𝑎 𝑚𝑜č 𝑛𝑎 𝑧𝑎č𝑒𝑡𝑘𝑢 𝑣𝑜𝑑𝑎

- 𝑃R, 𝑄R D𝑒𝑙𝑜𝑣𝑛𝑎 𝑖𝑛 𝑗𝑎𝑙𝑜𝑣𝑎 𝑚𝑜č 𝑛𝑎 koncu 𝑣𝑜𝑑𝑎

- 𝑃G, 𝑄G D𝑒𝑙𝑜𝑣𝑛𝑎 𝑖𝑛 𝑗𝑎𝑙𝑜𝑣𝑎 𝑚𝑜č 𝑟𝑎𝑧𝑝𝑟š𝑒𝑛𝑒𝑔𝑎 𝑣𝑖𝑟𝑎

𝑈 𝑈 𝑅 𝑃

𝑈

Napetost na mestu priključitve generatorja je odvisna od ohmske upornosti voda, napetosti na

zbiralkah RTP-ja ter velikosti proizvedene delovne moči RV. Če želimo zagotoviti napetost v

omrežju znotraj dovoljenih toleranc ter maksimalno proizvodnjo elektrarne, mora biti ohmska

upornost voda čim manjša ter minimalna napetost na zbiralkah RTP-ja. [2]

4.3.2 Višji harmoniki

Naprave močnostne elektronike proizvajajo različne harmonske frekvence. V kolikor je teh

veliko, lahko kot posledica nastopi segrevanje transformatorjev in vodov, kar lahko vodi k

napačnemu delovanju zaščitne opreme in okvari.

4.3.3 Flikerji

Veliki generatorji v šibkem distribucijskem omrežju lahko povzročijo napetostne flikerje.

Fliker je povezan s spremembami v napetostnem nivoju. Zaradi velikih ali pogostih


10

sprememb lahko povzroči nedelovanje naprav. Pri VE se to lahko zgodi zaradi spreminjajoče

se hitrosti vetra, zaradi česar pride do nedelovanja menjalnika in kompenzacijskih naprav.

4.4 Vpliv RV na izgube pri pretakanju energije

RV načeloma zmanjšujejo tokovne obremenitve vodov, kar se kaže v zmanjšanih izgubah v

omrežju. Ko pa je v omrežju velik delež RV in se smer petoka energije obrne, lahko ti

tokovno bolj obremenijo vode in s tem povečajo izgube, če omrežje ni prilagojeno na to.

Poleg tega pa se izgube povečajo tudi, ko je potrebno popravljati faktor moči v

distribucijskem vozlišču z reaktivnim elementom, da se zagotovi ohranitev napetosti EES

omrežja znotraj dovoljenih meja.

Vplive RV na omrežje z vidika spremembe v opremi (merilna oprema, zaščita…) je torej

potrebno analizirati pred priklopom, ker je večina teh elementov v obstoječih distribucijskih

EES omrežjih bila predvidena za obratovalne razmere v katerih je smer pretoka moči v smeri

od napajalnega transformatorja (npr. VN/SN) proti porabnikom, kar opravi SODO.

4.5 Vpliv RV na zaščito

Sprememba smeri pretokov moči vpliva tudi na delovanje zaščitnih sistemov. Ob priključitni

RV so spremembe v sistemu zaščite nujne, ker je z izgubo selektivnosti zaščite sistem

bistveno bolj ranljiv. Selektivnost med različnimi zaščitami v sistemu se v primeru

priključitve RV lahko poruši zaradi novih vrednosti tokov v normalnem in nenormalnih

stanjih (kratki stiki,…).

Sistemi zaščite v SN omrežjih so danes pretežno zasnovani na predpostavki radialnega

obratovanja omrežja, kjer je smer prenosa moči od velikih proizvodnih virov do porabnikov.

Tu je selektivnost delovanja zaščite zagotovljena tako, da se v primeru okvare izključi samo

prizadeta veja, ostalo omrežje pa normalno deluje naprej. V primeru večjega števila RV pa to

ni mogoče. Z vključevanjem RV je zato potrebno preveriti stanje zaščite v točki priključitve

RV na elektroenergetskem omrežju. Da zagotovimo selektivnost delovanja zaščite je potrebno

vpeljati smerno nadtokovno zaščito. [9]


11

4.5.1 Sprememba kratkostične moči

K kratkostični moči prispevajo vsi generatorji v omrežju v odvisnosti od oddaljenosti od

mesta kratkega stika. Priključitev RV, ki imajo neposredno na omrežje priključene

razsmernike, sinhronske ali asinhronske generatorje pa lahko prispevajo k povečanju

kratkostične moči do te mere, da leži kratkostični nivo nad nazivnimi vrednostmi opreme.

Kratkostična moč ponavadi doseže največjo vrednost v vozlišču SN/VN transformatorja.

Skladno s tem je v primeru integriranja RV virov potrebno preveriti kratkostično moč za vsak

primer priključitve posebej. Lahko se pokaže, da so potrebni ukrepi znotraj elektrarne (npr.

omejitev kratkostične moči), da se ohrani vrednost kratkostične moči znotraj sprejemljivega

obsega.

Na povečanje kratkostične moči vpliva:

- moč proizvodnega vira;

- vrsta proizvodnega vira: razsmernik, sinhronski ali asinhronski generator; tip

regulacije vira;

- lokacija vira.

Priklop novih proizvodnih virov v omrežje spremeni tudi impedanco sistema in s tem vpliva

na kratkostične tokove. Povečanje kratkostične moči je potrebno ovrednotiti za vsak nov

proizvodni vir z namenom, da se preveri pravilno delovanje zaščite in ustreznost obstoječe

opreme. Zaščitni sistem mora biti sposoben izolirati napako oz. prekiniti kratkostični tok v

predpisanem času. Ena izmed možnosti omejevanja kratkostičnih tokov je vgradnja dušilk,

kar pa ima za posledico povečanje izgub in dodatne investicijske stroške. Kadar kratkostični

nivo ne presega nazivnih vrednosti obstoječe opreme je lažja in cenejša rešitev modifikacija

oziroma prilagoditev zaščite na nove pogoje obratovanja sistema. [9]

4.5.2 Nepotrebno delovanje zaščite

Če v sistem na sliki 5 priklopimo proizvodni vir, potem tokovno neodvisna zaščita v vodu

(zaščitni rele 1) ne bo več selektivno delovala v primeru napake v sosednjem vodu, če

proizvodni vir prispeva k kratkostičnemu toku je tok višji od nastavitve zaščite. Zaščitni rele 1

v tem primeru neselektivno odklopi. Ta pojav je tem bolj izrazit, čim bližje je kratki stik

proizvodnemu viru.


12

Slika 7: Del omrežja z RV in kratkim stikom [10]

Za boljšo stabilnost se v tem primeru uporabljajo možne rešitve:

- uporaba smerne zaščite (zaščita tako pravilno locira okvaro),

- prilagoditev parametra zščitnega releja 1. [9]

4.5.3 Izostalo delovanje zaščite

Do izostalega delovanja zaščite lahko pride v primeru, ko je RV odklopljen, brez RV pa je

kratkostični tok nižji od nastavljenih vrednosti zaščite (ta je bil npr. dvignjen iz razloga

opisanega v prejšnjem podpoglavju). Obstaja več rešitev tega problema, nekatere izmed njih

so:

- priklop RV na nov vod, ki vodi direktno iz transformatorske postaje;

- ustrezna (selektivna) nastavitev zaščite (zaščita RV in zaščita začetka voda posebej).

[9]


13

4.6 Otočno obratovanje

Otočno obratovanje je delovanje RV in napajanje porabnika, ločeno od preostalega EES. Do

otočnega obratovanja lahko pride zaradi napake v omrežju ali pa namerno, za obnovo ali

popravilo dela omrežja. Ob prehodu na otočno obratovanje naletimo na nekaj težav:

- zaščita prebivalstva (javnosti in posebej delavcev) ob odpravljanju napake ali

nadgrajevanju dela EES, med tem ko naj bi bil ta izklopljen,

- okvara elementov v sistemu zaradi previsoke napetosti,

- problemi z napetostjo, frekvenco in harmoniki

- ...

[7]

Slika 8: Normalno obratovanje [10]

Slika 9: Otočno obratovanje [10]

Ob ločitvi generatorja in porabnika od preostalega EES, generator ponavadi ne more obdržati

napetost, frekvenco in harmonike v dovoljenih mejah, saj ima celotni interkonekcijski EES

manjšo impedanco od lokalnega, torej otočnega.


14

4.6.1 Pasivna zaščita pred prehodom na otočno obratovanje

Za preprečitev prehoda RV na otočno obratovanje se najpogosteje uporablja pasivna zaščita,

torej uporaba napetostnih in frekvenčnih relejev na generatorju, saj ga izklopijo, ko parametra

zavzameta vrednosti izven dovoljenih okvirjev. Ta način zaščite deluje v večini primerov, saj

se potemtakem parametri ne bodo ujemali z obremenitvijo. Nihanje frekvence je ponavadi

dovoljeno le za (0.5 - 1) Hz, napetosti pa (5 – 10) %. [7]

4.6.2 Aktivna zaščita pred prehodom na otočno obratovanje

Aktivni proti-otočni inverterji delujejo tako, da naredijo napetost in frekvenco nestabilno,

pošljejo vrednosti čez dovoljene meje, zaradi česar zaščitni releji izklopijo generator. [7]


15

5. Stabilnost proizvodnje električne energije

Proizvodnja energije iz nestalnih RV (sončne elektrarne (SE), vetrne elektrarne (VE),...) hitro

spremenljiva in geografsko razpršena. Zaradi teh lastnosti nastopi težava pri vključevanju teh

RV v EES, kot je slabša napovedljivost proizvodnje iz RV v primerjavi s proizvodnjo iz

konvencionalnih virov energije. Trenutna moč pri SE in VE je neposredno odvisna od

trenutnih količin primarnega vira, za stabilno delovanje EES pa mora biti v sistemu

proizvodnja v vsakem trenutku enaka porabi električne energije, torej potrebujemo ravnovesje

med proizvodnjo in porabo moči. Seveda je lahko tudi pri hidroelektrarnah proizvodnja

odvisna od vremenskega dogajanja (močni nalivi) in lahko, ob velikih skokih v višini

proizvodnje v kratkem obdobju, rečemo, da so te nestalne.

Pri napovedovanju proizvodnje iz RV je veliko pozornosti potrebno posvečati tudi izrednim

dogodkom, ki morda v preteklosti niso bili zaznani kot dejavniki, ki bi bistveno vplivali na

elektroenergetski sistem. Naprimer sončni mrk, ki je terjal številne priprave in ukrepe ter

spravil v visoko stanje pripravljenost večji del evropskih operaterjev prenosnih omrežji.

Prilagoditve napovedi zahtevajo tudi sneženje in posledična pokritost panelov, ko gre za

sončne naprave, pa močni nalivi (in pogostejše poplave) pri malih HE ter vsi podobni, ki

vplivajo na nenadno in intenzivno povišanje ali zmanjšanje proizvodnje elektrike. [8]

Slika 10: Zamašitev v prenosnem sistemu [Vir: APG]


16

Slika 11: Spremenljivost proizvodnje sončne elektrarne [Vir: Borzen]


17

6. Vključevanje RV v distribucijsko omrežje

Kot že omenjeno se RV priključujejo v distribucijsko omrežje. Za priključitev RV na omrežje

je potrebno pridobiti soglasje za priključitev s strani sistemskega operaterja distribucijskega

omrežja – SODO.

Pred izdajo soglasja se mora SODO z meritvami in analizami prepričati, da bo v omrežju še

naprej omogočeno dolgoročno zagotavljanje takšnih napetostnih razmer, ki ustrezajo

predpisanemu standardu kakovosti. Pri tem je potrebno paziti, da nova priključitev ne bo

motila obratovanja obstoječih naprav, povzročala motnje ali ogrožala zanesljivost omrežja.

Prav tako se mora dovoljen nivo motenj v omrežju porazdeliti med vse uporabnike omrežja.

[5]

SODO mora še posebej preveriti vključevanje več enakih ali podobnih naprav blizu skupaj,

tudi če vsaka zase ustreza vsem pogojem opravljenim z meritvami. Nivo motenj v omrežju se

lahko spremeni pri obratovanju skupine enakih naprav (npr. polje vetrnih elektrarn). [6]

Sistemski operater prenosnega omrežja – SOPO po podobnem postopku obravnava

elektrarne, ki se priključujejo na prenosno omrežje.

Elektrarne se v elektroenergetsko omrežje vključujejo glede na moč elektrarne in vrsto

vključitve. V nizkonapetostno distribucijsko omrežje se smejo vključiti elektrarne nazivnih

moči do 1000 kW, torej RV, če razmere v omrežju to dopuščajo. V nasprotnem je potrebno

elektrarno priključiti na SN omrežje, pri čemer mora elektrarna izpolnjevati pogoje za

proizvodnjo jalove energije in ostale pogoje za vključitev v SN omrežje. [6]

Električne naprave uporabnikov omrežja morajo obratovati tako, da ne povzročajo

nedopustnih vplivov na omrežje samo, kakor tudi na naprave ostalih uporabnikov omrežja.

Presojo o tem, ali so vplivi posamezne naprave na omrežje dopustni ali ne, opravi SODO s

pomočjo meritev in izračunov v skladu z veljavnimi standardi kakovosti s tega področja, ne

glede na to, na kateri napetostni nivo se naprava vključuje. [6]


18

7. Zaključki

Ugotovili smo, da bo nadgraditev in obnova elektroenergetskega sistema v prihodnjem

obdobju nujna, v kolikor bomo želeli zanesljivo napajanje z električno energijo. Distribucijska

podjetja že delajo na nadgradnji in modernizaciji, saj nekatera tudi sama spodbujajo vgraditev

razpršenih virov v omrežje. Elektroenergetski sistem nima nobenih problemov pri vključitvi

razpršenega vira, v kolikor je bila pred tem opravljena dobra analiza in podane zahteve ter

navodila o njegovem delovanju. V prihodnosti pričakujemo vse bolj aktivno omrežje, kjer bo

omogočeno vse večje vključevanje razpršenih virov in ob tem ohranjanje zanesljivosti ter

stabilnosti napajanja porabnikov z električno energijo. Aktivno omrežje omogoča pretok

energije v obe smeri, lokalni in globalni nadzor ter usklajevanje vodenja različnih komponent

in proizvodnje električne energije. Tako bodo v sistemu komunikacijske tehnologije dobile še

večjo vlogo koz do sedaj.


19

8. Viri

[1] F. A. VIAWAN, Steady State Operation and Control of Power, Göteborg, Sweden, 2006

[2] http://ev.fe.uni-lj.si/3-2012/SVuk.pdf, Ogledano 16.5.2016

[3] A. A. Sallam, O. P. Malik: Electric Distribution Systems, IEEE Press

[4] http://www.cigr-

cired.si/Images/files/documents/9_konferenca_Kranjska_Gora_2009/2009-CIREDSK4-

1.pdfm, Ogledano 16.5.2016

[5] http://www.uradni-list.si/1/objava.jsp?sop=2007-01-6422, Ogledano 16.5.2016

[6] http://www.sodo.si/_files/366/SONDO%202011%20Priloga%205.pdf, Ogledano

16.5.2016

[7] Tom A. Short, Electric Power Distribution Handbook, CRC Press, 2004

[8] http://www.cigre-cired.si/Images/files/documents/12_konferenca_Portoroz_2015/C5-

18_2097.pdf, Ogledano 24.5.2016

[9] B. Zidarič, Vpliv sončne elektrarne na kakovost električne energije, Maribor 2011

[10] D.John Sundar and M.Senthil Kumaran, A Comparative Review of Islanding Detection

Schemes in Distributed Generation Systems, International Journal of renewable energy

research, 2015

http://ev.fe.uni-lj.si/3-2012/SVuk.pdf

http://www.cigr-cired.si/Images/files/documents/9_konferenca_Kranjska_Gora_2009/2009-CIREDSK4-1.pdfm



http://www.cigre-cired.si/Images/files/documents/12_konferenca_Portoroz_2015/C5-18_2097.pdf

http://www.cigre-cired.si/Images/files/documents/12_konferenca_Portoroz_2015/C5-18_2097.pdf


20

9. Priloga: Vprašanja in naloga

1. Kateri so pozitivni vplivi razpršenih virov na distribucijsko omrežje?

- Večja zanesljivost omrežja,

- manjša obremenitev omrežja in vodov, kar vodi v manj izgub,

- v primeru OVE tudi zmanjšanje izpustov toplogrednih plinov in

- nadgradnja omrežja (s pametnimi števci)

- ...

2. Kateri so negativni vplivi razpršenih virov na distribucijsko omrežje?

- Možen pretok energije v obe smeri, kar vpliva na okvao zaščite, večje

kratkostične tokove, vpliv na kvaliteto napetosti,.. To je negativen vpliv, vse

dokler sistem in elementi še niso prilagojeni na RV,

- Nestalna proizvodnja iz nekaterih RV, kar lahko vodi k sladi stabilnosti in

napovedi porabe električne energij,

- ...

3. Kako lahko razpršeni viri izboljšajo kakovost električne energije?

- Višji harmoniki - Naprave močnostne elektronike proizvajajo različne harmonske

frekvence. V kolikor je teh veliko, lahko kot posledica nastopi segrevanje

transformatorjev in vodov, kar lahko vodi k napačnemu delovanju zaščitne

opreme in okvari.

- Flikerji - Veliki generatorji v šibkem distribucijskem omrežju lahko povzročijo

napetostne flikerje. Fliker je povezan s spremembami v napetostnem nivoju.

Zaradi velikih ali pogostih

- Nihanje napetosti - Pri stikalnih manipulacijah prihaja do hitrih sprememb

napetosti. Predvsem se pozna upad napetosti pri vklopu asinhronskega

generatorja, kjer poteka vklop v bližini sinhronizma. Težava pri napetosti nastane

tudi ob minimalni obremenitvi voda in hkrati maksimalni moči RV, ko lahko

pride do dviga napetosti izven dovoljenih meja,...

- ...

4. Kako distribucijsko omrežje pripravimo na razpršene vire?

- Z meritvami in analizami se moramo prepičati, da bo v omrežju še naprej

omogočeno dolgoročno zagotavljanje takšnih napetostnih razmer, ki ustrezajo

predpisanemu standardu kakovosti. Pri tem je potrebno paziti, da nova priključitev

ne bo motila obratovanja obstoječih naprav, povzročala motnje ali ogrožala

zanesljivost omrežja. Prav tako se mora dovoljen nivo motenj v omrežju

porazdeliti med vse uporabnike omrežja.

- V koliko je ugotovljeno, da bo vključitev razpšenega vira motila zanesljivo

delovanje elektoenergetskega sistema, mora distribucijski operater v nasledjih

petih letih nadgraditi in obnoviti omrežje tako, da bo vključitev vira omogočena,

saj je trenutna politika taka, da se prošnje ne sme zavrniti, temveč jo lahko le

preložijo.


21

Naloga:

Zapiši enačbo za napetost v priključni točki razpršenega vira

Slika 12:Omrežje z RV [2]

V priključni točki generatorja velja naslednja enačba:

𝑈 𝐼 𝑃 𝑗𝑄 𝐼

𝑃 𝑗𝑄

𝑈

Napetost na zbiralkah RTP-ja lahko zapišemo kot:

𝑈 𝑈 𝑅 𝑗𝑋 𝐼

Če vzamemo napetost na sponkah generatorja kot referenčno vrednost 𝑈 𝑈 𝑈 ,

lahko s kombinacijo prvih dveh enačb izrazimo napetost v priključni točki RV-a:

𝑈 𝑈 𝑅 𝑃 𝑋 𝑄

𝑈 𝑗

𝑋 𝑃 𝑅 𝑄

𝑈 𝑈 𝑈 𝑗 𝑈

Slika 13: kazalčni diagram napetosti [2]

Razlika amplitud 𝑈 in 𝑈 je posledica 𝑈, ki je v fazi z 𝑈 . Razlika v faznem kotu pa je

posledica 𝑈.

V praksi je imaginarni del enačbe veliko manjši od realnega, zato lahko zgornjo enačbo

poenostavimo in dobimo amplitudo napetosti na priključnem mestu vira:

𝑈 𝑈 𝑅 𝑃 𝑋 𝑄

𝑈


22

Za generatorsko vozlišče velja:

𝑃 𝑃 𝑃 𝑖𝑛 𝑄 𝑄 𝑄

Predpostavimo, da generator ne proizvaja jalove moči, ter najbolj neugodno situacijo v

omrežju, ko je 𝑃 𝑄 ter moč generatorja največja. Tako dobimo napetost na mestu

priključitve oz. v točki rzpršenega vira:

Iz te enačbe izhaja, da je napetost na mestu priključitve generatorja odvisna od ohmske

upornosti voda, napetosti na zbiralkah RTP-ja ter velikosti proizvedene delovne moči RV. Če

želimo zagotoviti napetost v omrežju znotraj dovoljenih toleranc ter maksimalno proizvodnjo

elektrarne, mora biti ohmska upornost voda čim manjša ter minimalna napetost na zbiralkah

RTP-ja. [2]

Documents

Vpliv razpršenih virov na distribucijsko omrežje